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空心玻璃微珠改性丙烯酸乳液防火涂料防火性能研究

文檔作者：陳偉紅，周亮，楊迎，伍建榮文檔來源：中國人民武裝警察部隊學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月20日
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全國中文核心期-?lJ 新 建巍粉
空心玻璃微珠改性丙烯酸乳液
防火涂料防火性雒研究
陳偉紅，周亮，楊迎，伍建榮
(中國人民武裝警察部隊學(xué)院消防工程系，河北廊坊065000)
摘要：用機(jī)械攪拌法制備了空心玻璃微珠丙烯酸乳液防火涂料，利用隧道燃燒法測試了防火性能，對比了空心玻璃微珠用量對
膨脹型和非膨脹型丙烯酸乳液涂料防火性能和火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊憽＝Y(jié)果表明，隨空心玻璃微珠用量增加，非膨脹型丙烯酸乳液涂
料的防火性能呈先增強(qiáng)后降低的趨勢，當(dāng)用量為6％時，火焰?zhèn)鞑ラL度和背火面溫度較未添加的涂料分別下降約30％和15％。對膨
脹型丙烯酸乳液防火涂料而言，空心玻璃微珠會抑制涂料中阻燃膨脹元素發(fā)揮作用，當(dāng)空心玻璃微珠用量超過4％13,j-，由于膨脹阻
燃體系的發(fā)泡作用受限，涂層開裂脫落，致使涂料的防火性能有所降低。
關(guān)鍵詞：空心玻璃微珠；丙烯酸乳液；防火涂料；膨脹型；非膨脹型；火焰?zhèn)鞑ヌ匦?
中圖分類號：TU545 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001—702X(2010)04—0062—03
Study o／i fireproof performance of acryHc emulsion fireproof coating modified by hollow glass microsphares
CHEN Weihong，ZHOU Liang，YA NG Ying， Jianrong
(Department of Fire Protection Engineering，Chinese People's Armed Police Academy，Langfang 065000，Hebei，China)
Abstract：The acrylic emulsion fireproof coatings modified by hollow glass mierospheres were prepared by the method of me—
chanical stirring，and the waterproof property was tested by tunnel burning method．The influences of concentration of hollow glass
microspheres on the fireproof performance and the flame propagation of the intumescent type and non-intumescent type acrylic
emulsion fireproof coatings were compared．The results showed that，with the increasing of hollow glass mierospheres concentration，
the fireprof performance of non-intumescent acrylic emulsion increased firstly，and then decreased．The flame propagation length
and the unexposed surface temperature decreased by 30％ and 15％ respectively with 6％ hollow glass microspheres．For the intu—
mescent acrylic emulsion coating，the addition of hollow glass microspheres will suppress the function of the flame-retarded ele—
ment，and when the content of the hollow glass microspheres exceeds 4％，the fireproof performance of the coating is deteriorated。
because the expansion of coating was restrained and cracks emerged Oil the coating surface．
Key words：hollow glass microspheres；acrylic emulsion；fireproof coating；intumescent；non-intumescent；flame propagation
property
0 引言
在建筑裝飾裝修過程中大量采用易燃和可燃材料容易引
發(fā)火災(zāi)事故。防火涂料是指涂覆在物體表面，阻止或延緩火焰
在材料中蔓延的一類涂料_1_。按分散介質(zhì)可將其分為溶劑型
和水性2類，水性防火涂料是以水作為分散介質(zhì)，用水性樹脂
收稿日期：2009—11-12
作者簡介：陳偉紅，男，】974年生，河南澠池人，碩士，副教授，主要從
事消防燃燒學(xué)的教學(xué)和科研工作。地址：河北廊坊武警學(xué)院消防工程
系火災(zāi)理論教研室，電話：0316—2068512，E-mail：chenweihong@wjxy．
或乳液聚合物做基料，具有無毒、環(huán)保的優(yōu)勢I I。丙烯酸乳液
是最常用的水性涂料基料，研究發(fā)現(xiàn)，添加5％脲醛樹脂可使
丙烯酸乳液涂料的耐火時間延長45q~431。添加適量的可膨脹石
墨，當(dāng)涂層厚度為3．0 mm時，丙烯酸乳液防火涂料的耐火極限
可達(dá)1．0 h 。空心玻璃微珠是近年來發(fā)展起來的一種新型粉體
材料，粒度介于10 250 m，堆積密度為0．1 0．3 g／cm ，具有輕
質(zhì)和隔熱等優(yōu)點(diǎn)。本文利用機(jī)械攪拌法制備空心玻璃微珠丙烯
酸乳液防火涂料，研究了空心玻璃微珠用量、空心玻璃微珠粒
徑和聚磷酸銨等因素對涂料表面火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊憽?
1 實驗
。 。 1．1 原材料
·62· 新型建．鞏-v~-e材料 2010．4
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陳偉紅，等：空心玻璃微珠改性丙烯酸乳液防火涂料防火性能研究
丙烯酸乳液、氟碳流平劑FC一54、增稠劑AT一07(丙烯酸
乙酯Ep基丙烯酸共聚物)、消泡劑，北京東聯(lián)化工有限公司；聚
磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇，工業(yè)品，市售；空心玻璃微珠，河
北省秦皇島奧格集團(tuán)，其主要性能指標(biāo)及主要化學(xué)成分分別
見表1和表2。
表1 空心玻璃微珠的主要性能指標(biāo)
粒度范~／la,m 堆積密度，(g，cm3)抗碎強(qiáng)度／MPa含水率／％ pH值
l0～10o O．18～0．20 3～5 ≤0．5 7～9
基板：標(biāo)準(zhǔn)石棉板、橡樹標(biāo)準(zhǔn)木、一級5層膠合板。
1．2 主要儀器設(shè)備
電子天平，ES1000E一25型，沈陽電子天平有限公司；防火
涂料測試儀，SDF一2型，南京市江寧區(qū)分析儀器廠。
1．3 實驗方法
將一定比例的空心玻璃微珠與丙烯酸乳液混合，加入一
定量增稠劑、分散劑、消泡劑和氟碳流平劑，分別制得非膨脹
型和膨脹型空心玻璃微珠丙烯酸乳液防火涂料(其配方分別
見表3和表4，質(zhì)量比)。按GB 12441-2005，將涂料均勻涂
覆于基材表面，在溫度為(23±2)℃、相對濕度為(50±5)％條
件下干燥24 h，保證質(zhì)量恒定(相隔24 h前后2次稱量的質(zhì)
量變化不大于0．5％)。在SDF-2型防火涂料測試儀上測試試
件表面火焰長度，計算火焰?zhèn)鞑ケ戎?FSR)，并記錄背火面溫
度隨時問的變化。
表3 空心玻璃微珠非膨脹型丙烯酸乳液防火涂料配方
表4 空心玻璃微珠膨脹型丙烯酸乳液防火涂料配方
丙烯酸乳液空心玻璃微珠季戊四醇三聚氰胺聚磷酸銨助劑水
1O～45 0．5～4．0 2~8 5-10 5-10 5-10適量
2 結(jié)果與討論
2．1 空心玻璃微珠用量對非膨脹型丙烯酸乳液
防火涂料防火性能的影響
2．1．1 對FSR和試件背火面最高溫度的影響
為考察對非膨脹型丙烯酸乳液防火涂料防火性能的影
響，測試了不同空心玻璃微珠用量時，火焰?zhèn)鞑ケ戎礔SR和
試件的背火面最高溫度，結(jié)果見圖1。
贈
．1匾
埴
亡<
牝
圖1 空心玻璃微珠用量對火焰?zhèn)鞑ケ戎礔SR和
背火面最高溫度的影響
由圖1可知，隨空心玻璃微珠用量增加，F(xiàn)SR和背火面
溫度均呈先降低后升高的趨勢。當(dāng)用量為6％時，火焰?zhèn)鞑ラL
度和背火面溫度較未添加之前分別下降約30％和15％，此后
再增加空心玻璃微珠用量，涂料的FSR和背火面溫度反呈逐
漸增大的趨勢。
2．1．2 對試件表面火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?
為了研究試件表面的火焰?zhèn)鞑ヌ匦裕疾炝丝招牟Ａ?
珠不同用量時火焰?zhèn)鞑ラL度隨時間的變化，結(jié)果見圖2，不同
用量時試件表面燒損情況見圖3。
0 30 60 90 120 150 180 210 240
受火時間／s
圖2 空心玻璃微珠用量對試件表面火焰?zhèn)鞑ヌ亍ｍ醯挠绊?
(a)0 (b)2％ (c)4％ (d)6％ (e)8％
圖3 空心玻璃微珠不同用量時非膨脹型丙烯酸乳液
防火涂料試件表面火焰燒損情況對比
N EW BUI LDING MATERIALS ·63·
加m∞ 舌；舳 ∞ ∞ 蚰∞ 加
∞ ∞ ∞
Ⅲ。＼ 半鞭
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陳偉紅，等：空心玻璃微珠改性丙烯酸乳液防火涂料防火性能研究
由圖2可知，空心玻璃微珠用量對試件表面火焰?zhèn)鞑ヌ?
性有顯著影響。當(dāng)用量為2％和10％時，火焰?zhèn)鞑ラL度增長迅
速，在受火105 S后即達(dá)到37．5 cm，之后又逐步增長到45．0
cm；而用量為6％時火焰?zhèn)鞑ラL度增長緩慢，前135 S基本穩(wěn)定
在17．5 20．0 cm，之后逐步增長到最大值32．5 cm。這主要是當(dāng)
用量過低時，防火涂料中空心玻璃微珠不能在基材表面形成完
整覆蓋層，隔熱性能有限，受熱分解速度快，表面火焰燒損嚴(yán)重
f如圖3中(b)、(c)所示1；而當(dāng)微珠用量過大時，由于涂層受火
后出現(xiàn)開裂脫落，防火隔熱性能降低[女Ⅱ圖3中(e)所示】。
2．2 空心玻璃微珠對膨脹型丙烯酸乳液防火涂料
防火性能的影響
文獻(xiàn)『51報道，當(dāng)聚磷酸銨(APP)、三聚氰胺(MEL)和季戊
四醇(PER)的質(zhì)量比為10：4：7時，涂料受火后膨脹性能最好。
為研究空心玻璃微珠對丙烯酸乳液膨脹型防火涂料防火性能
的影響，固定APP、MEL和PER的質(zhì)量比為10：4：7。表5為空
心玻璃微珠不同用量時，火焰?zhèn)鞑ケ戎礔SR和背火面最高溫
度。圖4和圖5分別為空心玻璃微珠不同用量時，試件背火面
溫度和表面火焰?zhèn)鞑ラL度隨時間的變化曲線，圖6為空心玻
璃微珠不同用量時試件表面燒損情況。
表5 空心玻璃微珠用量對膨脹型丙烯酸乳液涂料
防火性能的影響
玻璃微珠用量，％ 0 1．5 2．0 3．0 4．0
R 54 8l 81 96 101
背火面最高溫度／℃ 106 110 116 137 179
18O
160
140
萄120
贈lo0
80
牡60
40
20
圖4 空心玻璃微珠用量對試件背火面溫度的影響
3O
量25
20
啦
15
10
0 30 60 90 l20 150 180 210 240
受火時fHj／s
圖5 空心玻璃微珠用量對試件表面火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?
· 64· 新型建筑材料 2010．4
圖6 空心玻璃微珠不同用量時膨脹型丙烯酸乳液
防火涂料試件表面火焰燒損情況對比
由表5、圖4、圖5和圖6可知，對膨脹型丙烯酸乳液涂
料而言，隨著空心玻璃微珠用量增大，火焰?zhèn)鞑ニ俣取鞑?
比值和試件背火面溫度逐步升高，涂料防火性能逐漸下降。
這主要是因為添加空心玻璃微珠后涂料的膨脹性能受到抑
制。空心玻璃微珠的加入影響了涂層的膨脹效果，致使涂層
的發(fā)泡厚度降低，且導(dǎo)致涂層在受火后出現(xiàn)開裂脫落的現(xiàn)
象，用量越大，影響效果越顯著，防火性能下降越明顯。未添
加空心玻璃微珠時，涂料受火后體積迅速膨脹，阻止熱量向
內(nèi)部傳遞，基材熱分解速度較慢，前135 S內(nèi)火焰長度一直穩(wěn)
定在12．5 cm，最大值僅為l7．5 cm[見圖5、圖6(a)1；當(dāng)用量為
2％時，涂料膨脹作用受限，涂層出現(xiàn)輕微裂紋【見圖6(b)】，
150 s火焰長度即達(dá)25 cm，防火性能下降；而當(dāng)用量增至4％
時，涂料幾乎失去膨脹性能，涂層開裂嚴(yán)重【見圖6(c)】，致使
基材受熱分解速度加快，表面火焰長度明顯增加，背火面溫度
顯著升高。
3 結(jié)語
(1)添加空心玻璃微珠可改變非膨脹型丙烯酸乳液涂料
的防火性能。隨著空心玻璃微珠用量增加，火焰?zhèn)鞑ケ戎礔SR
和背火面溫度均呈先降低后升高的趨勢。當(dāng)用量為6％時，火
焰?zhèn)鞑ラL度和背火面溫度較未添加之前分別下降約30％和
15％，此后再增加空心玻璃微珠用量，涂料的火焰?zhèn)鞑ケ戎岛?
背火面溫度反呈逐漸增大的趨勢，防火性能下降。
(2)空心玻璃微珠屬于無機(jī)材料，其防火性能主要源于其
物理隔熱作用。當(dāng)用量適宜時，空心玻璃微珠可在材料表面形
成完整的覆蓋層，其優(yōu)異的中空隔熱結(jié)構(gòu)可提高涂料的防火
性能。
(3)對膨脹型丙烯酸乳液涂料而言，空心玻璃微珠不但抑
(下轉(zhuǎn)第7l頁)
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谷亞新，等：ACR加工改性劑對聚氯乙烯加工性能和力學(xué)性能的影響
改善試樣沖擊性能看，4種ACR改性劑的選擇順序依次為：
d，c，a，b。
在拉伸強(qiáng)度方面， 試樣的抗拉伸性能較差，斷裂伸長率
最低，低于30％，說明該加工改性劑在促進(jìn)樹脂熔融，賦予樹
脂彈性能力方面效果較差；而4 和3 試樣的拉伸性能最好，
說明加工改性劑作用效果突出；1 則相對差些。從改善試樣拉
伸性能看，4種ACR改性劑的選擇順序依次為：d，c，a，b。
2．5 PVC試件的耐紫外光黃變性能
加工改性劑能改善樹脂熔融狀態(tài)，并且有助于促進(jìn)樹脂
熔融均勻，進(jìn)而能夠幫助各組分充分發(fā)揮各自的作用效果。配
方中的鈦白粉能夠抑制光、熱、氧等因素對聚氯乙烯產(chǎn)生老
化，延長其使用壽命，而同樣的配料在不同加工改性劑作用下
的耐紫外光黃變性能卻有很大差異。表9為分別采用4種
ACR改性劑制備的PVC試件經(jīng)紫外光輻照前后的白度。
表9 PVC試件的耐紫外光黃變性能
由表9可以看出，各試樣原始白度順序為462％3bl ，紫
外光輻照24 h后白度順序為 >3 1#> ，輻照前后白度變化
率由大到小依次為2％1％364 。 紫外光輻照前后的白度變
化率為9．05％，耐紫外光黃變性能相對最好：而l 、 和3 試
樣的白度變化率接近30％，說明不同加工改性劑在樹脂耐紫
外光黃變性能方面所發(fā)揮的作用差異很大。從耐紫外光黃變
性能來看，4種ACR改性劑的選擇順序依次為：d，c，a，b。
3 結(jié)語
(1)不同廠家的加工改性劑使用效果不同。從物理性能、
擠出性能、塑煉性能、力學(xué)性能、耐老化性等指標(biāo)綜合考核和
篩選加工改性劑，為生產(chǎn)廠家合理選擇和使用加工改性劑提
供了依據(jù)。
(2)市售的4種國產(chǎn)ACR加工改性劑經(jīng)比較分析，綜合
考核，ACR加工改性劑d的改性劑塑化效果、耐紫外光黃變
性等綜合性能最好；ACR加工改性劑a的綜合性能較好，比
較穩(wěn)定，適合對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性有較高要求的工廠使用；ACR
加工改性劑c的作用效果一般；ACR加工改性劑b的綜合性
能較差，建議不用。
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A
(上接第64頁)
制涂料中阻燃膨脹元素發(fā)揮作用，而且引起涂層開裂，使涂料
防火性能下降。空心玻璃微珠用量越大，對涂料的膨脹性能抑
制越明顯。采用適當(dāng)?shù)母男詣ζ浔砻孢M(jìn)行處理，提高其與膨
脹型涂料的相容性是今后研究的方向。
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A
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嘲

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